ההתקדמות בטכנולוגיית הביו-printing הופכת את התחום של הרפואה רגנרטיבית, המביאה את החזון פעם-עתידי של איברים מבוססי-התאמה אישית קרוב יותר למציאות הקלינית.אחד ההתפתחויות המבטיחות ביותר בתחום זה הוא השימוש בנתונים הדמיה ספציפיים לחולה כדי להנחות את תפקוד הביו-רישום של איברים ספציפיים של איברים אישיים, אשר מתאימים לאנטומיה הייחודית של כל מטופל, תוך צמצום הסיכון לדחיית חיסון ושיפור תוצאות לטווח ארוך של טיפול תרופתי, עם שיטות הדמיה מורכבות של תאים רפואיים.

התפקיד של אימגם נתונים ב-Ortology Bioprinting

הבסיס של כל מאמץ ביו-רישום ספציפי לחולה הוא נתונים אנטומיים מדויקים.טכניקות הדמיה רפואית כגון הדמיה של התחדשות מגנטית (MRI), סריקות אמפווטוגרפיה (CT) ו-3 ממדים (3D) אולטרסאונד לספק הדמיה מפורטת של האיברים הפנימיים של המטופלת מודפסת באופן קבוע לאחר אנטומיה חלקה של תאים דיגיטליים.

חידוש מגנטי (MRI)

MRI הוא בעל ערך במיוחד עבור רקמות רכות, המציע ניגודיות מצוינות בין סוגים שונים של רקמות רכות מבלי לחשוף את המטופל להקרנה יון. בהקשר של הדפסה ביולוגית, MRI משמש לעתים קרובות לדימוי איברים כגון המוח, הלב, הכבד והכליות. MRI פונקציונלי (fMRI) יכול אפילו ללכוד דפוסי זרימת דם ספציפיים, מתן נתונים המסייעים לעצב רשתות vascular בתוך איברים ביו-קומים, אשר מאפשרים כעת ל-דלקת ריאות (co-cy) כמו ⁇ dial) של תרופות (cookies) או ל-cookies) של תרופות (cookies) של טיפולית (cookies) של טיפולית (cookies) של ⁇ dial) כדי לאפשר ל-cookies) כדי לאפשר ל-cookies) של בדיקות MRI (picial) של תרופות נוגדות דם ספציפית של טיפול ב-cookies) של בדיקות MRI (pSD-cookies) של בדיקות MRI (דלקת הדם של טיפולית (pMRI) של טיפולית (pSD-cotraicial) כדי לאפשר לדגמינליות של בדיקות MRI (pSD-cotraicial) כדי לאפשר לדגמינליות טיפול ב-cotradial של בדיקות

Tomography (CT)

סריקת CT עולה על מבנים צפופים הדמיה כגון עצם, אבל עם השימוש של סוכנים ניגודיים, זה יכול גם לחשוף האנטומיה מפורטת רכה-tissue-tissue האנטומיה.רזולוציה מרחבית גבוהה של CT - לעתים קרובות 0.5 מ"מ או יותר - עושה את זה מודולליות מועדפת עבור הדמיה מערכת השלד זמין, ריאות וכלי דם. עבור הדפסה ביולוגית של עצמות או רקמות מורכבות (למשל, עצם-מתקני) מאפשר מינרלים מדויקים של תכונות מכניות (סימולציות) מינרלים מדויקים של מיקרוסקופיות (אפקטיביות) מינרליים (כלומר, תכונות מכניות) מינרליים (D.

3 דיקטטורים

אולטרסאונד 3D מציע אלטרנטיבה בזמן אמת, קרינה חינם עבור איברים דינמיים ועוברים המתפתחים. בעוד ההחלטה שלה היא בדרך כלל נמוכה יותר מ-MRI או CT, חידושים אחרונים ב- אולטרסאונד אולטרסאונד גבוה שיפור איכות התמונה באופן משמעותי. אולטרסאונד דופלר מספק מידע חשוב על מהירות זרימת הדם וכיוון, אשר ניתן לשלב ספציפית בעיצובים הדפסה ביולוגית כדי להבטיח כי רשתות vascular מאפשרות מספיק ל-cookicability.

צעדים ב-Utilizing Imaging Data for Bioprinting

התרגום של תמונות רפואיות לתוך איבר מודפס כרוך בזרימת עבודה רב-שלב המשלבת רדיולוגיה, מדעי המחשב, הנדסה חומרים וביולוגיה תאים.כל צעד חייב להיות מותאם בזהירות כדי לשמור על שלמות הנתונים הספציפיים לחולה תוך מתן ייצור של רקמת מעשית, פונקציונלית.

צילום: Acquisition

התהליך מתחיל עם סריקות ברזולוציה גבוהה של איבר היעד.לשימוש קליני, סריקות אלה חייבות לדבוק בפרוטוקולים סטנדרטיים כדי להבטיח איכות עקבית. פרמטרים מרכזיים כוללים עובי (בדרך כלל 0.5-1.5 מ"מ), pixel Spacing, ורזולוציה ניגודית.בהגדרות מחקר, exvo micro-CT או MRI גבוהה יכול להשיג גודל voxel של 10-50 מיקרומטר, המאפשרים שחזור של תאים מדויקים כגון LTD) או MRI.

עיבוד נתונים ו Segmentation

תמונות Raw DICOM חייבות להיות מעובדות באמצעות תוכנה מיוחדת כדי לחלץ מידע אנטומי וליצור מודל דיגיטלי תלת-ממדי.השלב הראשון הוא פלמנטציה - תהליך של התווית Voxels השייכים לאיבר היעד.זה יכול להתבצע באופן ידני, סמי-אוטומטי (למשל, שימוש באלגוריתמים שונים של ריצוף או אלגוריתמים מקומיים), או עם כלים מפלט מבוסס למידה שניתן לזהות באיברים של תוכנת אחסון (SCC) כגון: SCCS פתוח (S) לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר אלגוריתם CTL-DOS) אלגוריתם CTL פתוח (S) אלגוריתם CTLDOS) אלגוריתם C.

עיצוב והתאמה

מודל תלת-ממדי המפלט משמש כתבנית שניתן יהיה עוד מעודן בתוכנות CAD כגון SolidWorks, בלנדר או Rhino3D בשלב זה, מהנדסים עשויים לשלב תכונות לא גלויות בנתונים הדמיה מקוריים, כגון מיקרו-ערוצים עבור diffusion מזין, pores כדי לעודד הגירה תאים, או נקודות מצורפות עבור תערובות של המטופל הוא קריטי להבטיח כי microchannelsicolating תאים משולבים לתוך צינורות מחזוריים של תאים.

Bioprinting

עם המודל הדיגיטלי מוכן לחלוטין, תהליך הביו-printing יכול להתחיל.כמה טכנולוגיות הדפסה ביולוגית זמינות, כל אחת עם יתרונות ומגבלות משלה:

  • (FLT:0) הדפסה ביולוגית מבוססת-העתקת: ⁇ 1) השיטה הנפוצה ביותר, באמצעות לחץ pneumatic או מכני להפקיד הידרוגלים של תאים (ביונקס) באמצעות nozzle.It הוא מתאים היטב ליצירת מבנים גדולים ויכול להדפיס חומרים בעלי ערך גבוה, אך ההחלטה היא בדרך כלל מוגבלת ל- 100-500 מיקרומטר.
  • (FLT:0) Inkjet bioprinting: FIRLT:1 השימושים תרמיים או ⁇ electric actuators כדי להזריק טיפות של ביוינק. שיטה זו מציעה פתרון גבוה ( טיפות תמונות) ומהירויות הדפסה מהירות, אבל מוגבל לביוסקים בעלי רגישות נמוכה ועשוי לגרום נזק לתאי בתדרים גבוהים.
  • (FLT:0)Laser-sted bioprinting (LABrea): השתמש דופק לייזר כדי להעביר ביוינק מ שקופיות התורמות ל- LAB משיג דיוק תאים בודדים ונזק תאים מינימלי, מה שהופך אותו אידיאלי עבור הדפסה של תבניות תאיות מורכבות.
  • <חזק>Stereolithography (SLA) ו עיבוד אור דיגיטלי (DLP): שיטות photopolymerization אלה להשתמש אור UV כדי לחצות bioinks שכבת על ידי שכבה.הם מציעים מאוד גבוהה מאוד החלטה (<50 μm) הדפסה מהירה, אבל דורש חומרים הקשורים לתמונות ובקרת זהירה של חדירה לאור.

במהלך הדפסה, ביו-יינס מרובים ניתן להשתמש בו זמנית.לדוגמה, ביוכינקי נוקשה, צלולי תאים יכול ליצור את השפע מבני (ועתר, ביו-איינק בעל תא מבודד את תאי הגזע של המטופל עצמו או לגרום לתאים צמחיים בשפע (iPSCs) כדי לקדם את המורכבות הביו-מחדשנית של תהליך הדפסה (iLTCs) כדי לקדם את הפיתוח החמצן הסופי של תאים ביולוגיים שלמים, כדי לפתח את הגדלים של תאים.

היתרונות של הדפסה של מטופלים-Specific

שימוש בנתונים הדמיה ספציפיים לחולה עבור ביו הדפסה מציעה יתרונות עמוקים על השתלת איברים מסורתית וגישות הנדסה גנרית רקמות.

  • (FLT:0) ⁇ : אורגניזמים: ⁇ 1 מותאמים לממדי האנטומי המדויק של הפרט, כולל גודל, צורה וארכיטקטורה פנימית. רמה זו של התאמה אישית אינה אפשרית עם איברים התורם, אשר לעתים קרובות אינם מתאימים בגודל, המוביל לסיבוכים כירורגיים והישרדות ft מופחתת.
  • (FLT:0) התחדשות אימונולוגית: הכחשה 1:1 על ידי שימוש בתאי המטופל עצמו (למשל, תאי גזע מאוגדים, תאי גזע מח עצם מרחם תאי גזע, או iPSCs) כמרכיב התורם של הביו-בק, וכתוצאה מכך הוא אוטומטי.זה צריך חיים עבור אימונוכיים ולהפחית את רמות ההדבקה הסגורות של הגן באופן דרסטי או את רמת הני של תאי ההדבקה ה-C.
  • (FLT:0) אינטגרציה תפקודית מוכחת: אינטגרציה 1Freaved; איברים ממונהגים יותר נוטים להשתלב בצורה חלקה עם הרקמות הקיימות של המטופל.לדוגמה, כליה מוטבעת עם גיאומטריה ספציפית לחולה וזרועות פולשניות יהיה טוב יותר להתחבר עורקים וריד, להבטיח זרימת דם נאותה וניקוז שתן.
  • (FLT:0) ראשי תיבות של Timelines:ראה LT:1) השימוש במודלים דיגיטליים מדויקים מפחית את שלב הניסוי-וטרור בעיצוב פגום, מאיץ את כל זרימת העבודה הביו-מחדשת.ב, עלייה מהירה של איבר או רקמת חלקי - בהתבסס על סריקות CT שנלקחו על קבלה - עשוי להסתיים בתוך שעות עד ימים, בהשוואה לחודשים המתנה.
  • (FLT:0) יתרונות לוגיים ולוגיסטיים: הטמעת 1:1) איברים ספציפיים לחולה יכול להפחית את התלות הגלובלית באיברים התורמים, תוך מתן דילמות אתיות סביב הקצאת האיברים והסיכונים של סחר באיברים שחורים בשוק.זה גם מבטל את האתגרים לוגיסטיים של שימור איברים, תחבורה, וזמן צ'סמיה קר.
  • (FLT:0) החיסכון לטווח הארוך: ההרחבה 1 (FLT:1), בעוד עלויות העלייה של הדפסה ביולוגית גבוהות, חיסול של אימונוטיפיון ארוך חיים, מופחתת פרקים דחייה, ופחות השתלות יכול בסופו של דבר להוריד את העלות הכוללת של טיפול בחולים עם כשל איברים בסופו של דבר.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות הפוטנציאל הטרנספורמציי שלו, התרגום הקליני של הביוגרף הספציפי לחולה באמצעות נתונים הדמיה עומד בפני מספר רב של מכשולים טכניים, ביולוגיים ורגולטוריים שיש להתגבר עליהם לפני שאימוץ נרחב הופך להיות אפשרי.

הגבלת הגבלת

שיטות הדמיה קליניות נוכחיות יש סחרחורת בין החלטה, שדה ראייה, ו לסרוק זמן. MRI ו- CT עדיין לא יכול לפתור את הרשת המיקרו-וסקולרית (<100 מיקרומטר) כי חיוני עבור היתוך רקמות.ללא נתונים מדויקים על הפצה של capillary, איברים מוטבעים ביולוגיים עשויים לסבול מ-Nexcrosis מרכזי עקב פעילות תזונתית וחמצן לא מספקת. בעוד מיקרו-CT וגבוהה MRI יכול לספק רזולוציה של XMRI (אך) כדי לספק פתרונות מתקדמים (אך הם עלולים ל-CDC) כדי לספק פתרונות הדמיה (CDC) כגון פתרונות דלקתיים (CDC) כדי לספק , אך עשוי לספק קרינת XMRI) כדי לספק , אך עשוי להיות מאתגרים, אך עשוי לספק , אך עשוי להיות מאתגרים, אך עשוי לסבול מ-Crecroware-Crecroitis) ל-Cremic) כדי לספק , אך עשוי לספק פתרונות הדמיה (D) כדי לספק פתרונות הדמיה (תוכנות הדמיה (תוכנות דלקתיים (תוכנות הפעלה), אך עשוי לסבול ממריצים ל-Crecrosis) כדי לספק , אך עשוי לסבול מ-Crecrosis) כדי לספק, אך עשוי לסבול מ-Crecrosis) כדי לספק

מורכבות עיבוד נתונים

פלח תמונה ו- 3D מודל דור דורש מומחיות משמעותית ומשאבים חישוביים.קטע ידני של איבר מורכב כמו הכבד האנושי יכול לקחת שעות, אפילו עבור רדיולוגים מנוסים. אלגוריתמים של חלקיקים אוטומטיים מבוסס למידה השתפרו באופן דרמטי, אבל הם עדיין דורשים נתונים גדולים לא מאומתים ועשויים להיאבק עם אלגוריתמים אנאטומים אטומים אטומיים (למשל, גישה לגרסאות) או עיוותים פתולוגיים (למשל, בנוסף לדגמיים) של מודלים של תאים אישיים, הם לעתים קרובות, נטרוזיס, חומרים אלה).

פיתוח ביוינק וזמינות תאים

הביוינק חייב לתמוך בו זמנית בכדאיות התא, לספק כוח מכני, להיות מודפס עם נאמנות גבוהה.רוב הידרוג'ל - כגון alginate, ג'לטין methacryloyl (GelMA), או de cell matrix (dECM) - ירידה קצרה באחד או יותר של אזורים אלה.

המונחים:

אולי האתגר הקריטי ביותר הוא יצירת פטנט, רשת vascular רב-לשונית המסוגלת לספק חמצן וחומרים מזינים לאורך מבנה רקמה עבה. בעוד הדמיה של המטופל יכול ללכוד כלי גדול (1 מ"מ או גדול יותר), רשת בניית ה- capillary חייבת להיות מעוצבת באופן אלגוריתמי או מושרה באמצעות אנגיוגנזה לאחר השתלה.

סיקור וייצור הארדלס

איברים מוטבעים מסווגים כמוצרים משולבים - שילוב תאים, ביו-חומרים ותהליכי ייצור - הצבתם תחת סמכות השיפוט של סוכנויות רגולטוריות כמו ה- FDA.המסגרת הנוכחית למוצרי טיפול בתאים ובגנים (21CFR 1271) ומכשירים רפואיים (21 CFR 820) אינם יכולים לטפל באופן מלא בהיבטים הייחודיים של תרופות ספציפיות-התאימות של המטופל (GLT) כמו בדיקות שחרור רבות, אבטחת יעילות והתאמה מחודשת של מטופלת (טובהחדשנית) למתקנים חדשים יותר) יש לפתור את הטיפול הביולוגיים (אך לא ניתן לפתור את המשתנים.

כיוונים עתידיים

במבט קדימה, ההתכנסות של הדמיה, בינה מלאכותית, ועיבוד ביולוגי צפוי להאיץ את ההתקדמות.-השלב מונע על ידי AI ודור מודל יפחיתו את הזמן מבדיקה של השקעות משעות עד שעות, מה שהופך את זרימת העבודה לטווח הקלינית קיימא.התקדמות הדפסה רב-חומרית ומדיקה של תרופות ספציפיות-ממדן (למשל, FRESH - תוצאות מתקנות של חומרים כימיים-Creative Reducation) של מערכות הדמיה ביולוגית מתקדמות לשימוש ברקמות-inated-inated-inated-inated-inated-inated-inmcation.